PKA人工濕地技術在河道深度處理中的應用

鄒合萍 陸效軍

摘要 采用PKA人工濕地技術，對浙江省某污染河道進行深度處理，通過濕地下游布水、上游排水至河道，強制性增強了河道的流動性。介紹了濕地設計參數，同時對工程造價、運營管理及運行成本進行分析。實際運行結果表明，該技術具有出水水質穩定、運行管理簡單等優點，出水各指標均達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅳ類標準要求，對COD、NH3-N、TP去除率分別為75.0%、672%、83.1%。

關鍵詞 PKA人工濕地;深度處理;循環處理

中圖分類號 TU992文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）19-0096-03doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.028

Abstract PKA constructed wetland technology was applied in advanced treatment of a polluted river water in Zhejiang Province. The flow of water in the river was forcibly enhanced by distributing water downstream of the wetland and draining it upstream to the river.The wetland design parameters were introduced， and the project cost， operation management and operation cost were analyzed.The actual operation results showed that wetland technology had the advantages of stable effluent quality， simple operation and management， etc.The efluent met the class Ⅳ criteria specified in the Environmental Quality Standards for Surface Water（GB 3838-2002），and the removal rate of COD， NH3N and TP were 75.0%， 67.2% and 83.1% respectively.

Key words PKA constructed wetland;Advanced treatment;Circular treatment

隨著我國城鎮化的加速進行和各污水處理設施建設的不到位，河道的黑臭、水體富營養化現象時有發生。國務院頒發的《水污染防治行動計劃》、住建部頒發的《城市黑臭水體整治工作指南》以及水利部頒發的《關于加快推進水生態文明建設工作的意見》等相關文件都明確了河道水體整治的必要性，并提出了到2030年城市建成區黑臭水體總體得到消除的控制性目標，以達到提升人居環境質量，有效改善城市生態環境的目的。

人工濕地工藝具有投資少、運行管理簡單、處理效果和景觀效果好等優點，在國內外已被廣泛應用于各種污水的處理，比如農村生活污水治理、工業廢水治理、河道生態治理等[1-5]。國內對于人工濕地應用于河道水質提升也有一些研究，如潘震等[6]采用復合垂直流人工濕地技術處理黑臭河道水體，COD去除率達50%左右，總氮和總磷去除率均達到50%以上。聶志丹等[7]研究表明，垂直潛流人工濕地對富營養化水體的處理有明顯效果，尤其氨氮、總氮和總磷污染物的去除效果較佳。國內對于人工濕地應用于污水處理廠尾水提升、農村生活污水的研究，主要是針對介質比選、氮磷污染物去除效果、植物比選、污水凈化機制等方面[8-11]，而對應用于河道水質提升的研究則較少。

筆者以水質不穩定的浙江省某河道為研究對象，以PKA人工濕地技術為主體，對PKA人工濕地技術的凈化原理、設計參數以及對河道深度處理后水質提升的效果及成本分析等進行探討。

1 PKA人工濕地技術

PKA人工濕地技術是從德國引進、浙江達人環?？萍脊煞萦邢薰靖鶕鴥葘嶋H情況自主研發改良的一種污水處理技術，該技術充分利用物理、化學和生物的三重協同作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸附和微生物分解作用來實現對污水的高效凈化。PKA人工濕地主要由介質、植物和附著在介質上的微生物組成，是濕地發揮凈化污水作用的關鍵組成[12-13]。PKA人工濕地介質是由5層不同介質按特定比例組合而成，介質層由上至下分為好氧區、兼氧區、厭氧區，為好氧微生物、厭氧微生物提供生長和工作環境。PKA人工濕地是垂直潛流型濕地，污水自沉淀池經過一段時間的靜置、厭氧反應后，通過提升泵提升至濕地。污水中的污染物在PKA人工濕地的5層特殊介質混合層中被降解而去除。

該項目采用的PKA潛流濕地為浙江達人環?？萍脊煞萦邢薰緦＠夹g：“介質復合型人工濕地的景觀水生態凈化處理系統及其方法”（專利號：ZL200710041961.7），該技術已多次成功運用于農村生活污水治理項目中。

2 實例應用

2.1 研究區域概況

該項目所處位置為浙江省某河道，該河道周邊為農村居民、工業工廠、養殖廠以及海洋生物園。該河道治理前，由于周邊大量工業廢水溢流進入河中，流動性差，且農村居民生活污水未經處理直排至大干河，導致河道受到嚴重污染，致使河道水質渾濁，底泥上浮，水體呈黃綠色、乳白色，河水散發出難聞的異味。尤其到了夏天，河水臭氣熏天，蚊蠅孳生，嚴重影響了附近居民的生活環境。該河道全長1 200 m，寬度5～6 m，總水量約10 000 m3。

為了整治河道現狀，采取了以下措施：①截斷河道污染源，即拆除上游養豬場，實施園區內雨污水主管網改造工程，督促園區內企業完成企業內部管網改造工程。②污水處理達標后再排放。實施河道周邊農村居民生活污水截污納管，實施海洋生物園污水處理廠提升改造工程，污水處理達標后再排放。③美化、凈化河道。對河道兩側進行綠化改造，實施河道水體生態修復工程，如生態浮島、曝氣。由于該河道流動性差，污染嚴重，雖然采取了截污納管、生態浮島、增氧曝氣技術等措施，但水體水質仍然處于《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）劣Ⅴ類水，水質不穩定，而且水體的透明度仍有待提高（低于20 cm）。為了提升該河道的水質至Ⅴ類水體，提高水體的透明度，擬采用PKA人工濕地技術對河道水體進行深度處理，以達到目標要求。

2.2 河道水環境治理

2.2.1 濕地工程的構建。

該項目中的濕地總建設面積為1 500 m2，河道水量約10 000 m3，故循環周期約為10 d/次，大大地提高河道整體的流動性，具體的濕地平面布置示意圖如圖1所示。循環水泵放置于河道下游，將河道水提升至附近的集水井，隨后經提升泵通過布水管道以垂直潛流方式進行均勻布水，經過濕地介質和介質上的微生物多重降解、吸附、凈化等作用，最后經集水管從排水口排入河道上游。根據現場實際情況和景觀效果的考慮，半埋式濕地最為方便?；娱_挖后，進行素土夯實并細砂填平，底部及基坑四周鋪設PE防滲膜，防止待處理河水往地下滲漏。濕地基坑四周構建構造柱和圈梁，并實心厚磚混凝土粉刷，保證濕地的穩固性。建設在河道中間段河邊，便于濕地的供水和排水，主要用于河道水體的深度處理、水質提升，并增加水體的流動性。

2.2.2 介質攤鋪。

濕地介質層為5層介質層，每一層介質層的介質粒徑配合比、組成成分、厚度與待處理的污水濃度有關系。介質不僅過濾固體物、固定由細菌引起的薄膜，而且通過表面的吸附和氧化作用提高對污染物的去除。從濕地系統處理能力和使用年限來考慮，選擇最優化合理的介質粒徑配合比，以確保合理的水傳導性，緩解濕地基質堵塞現象[14]，則是介質攤鋪的關鍵。

濕地構建經過放線挖槽坑、處理基坑墊層、攤鋪防滲膜、接管注水后才開始介質攤鋪，分層回填?；靥顣r按300 mm一層進行分層回填夯實，宜用人工夯實，小心施工，不得局部猛力沖擊設備。介質選用環保型不同粒徑的砂礫，無二次污染。

2.2.3 植物選擇。

濕地植物選擇去污能力強、根系發達、耐寒、四季常綠、便于管理的水生植物，包括菖蒲、美人蕉、西伯利亞鳶尾、傘葉花，種植密度8～12株/m2。同種植物沿著布水管道均勻種植，其中以易打理、長勢良好的美人蕉、西伯利亞鳶尾為主。

2.2.4 運行方式。

循環水泵配備過濾網，以防止懸浮物、樹枝等雜物堵塞，影響正常運行。循環水泵從河道下游將河水通過沿河道鋪設的DN250 PE進水管道提升至集水井，經過若干小時的靜置后，由2臺提升泵同時布水。提升泵選型為流量Q=100 m3/h，H=36 m，功率15 kW，每天運行時間為5 h。為了濕地均勻穩定布水，水泵的啟動和關停通過水位浮球和水泵控制器聯合控制。下游的河水經濕地凈化后，通過鋪設在上游的DN300出水管自流排出。以此循環，河道內的水體循環流動起來。

2.3 運行效果及成本

初始運行前，需對濕地介質進行沖刷沖洗。運行1個月后，在河道水體pH為6～9，COD、NH3-N、TP平均濃度分別為60.23、4.21、1.30 mg/L的情況下，濕地出水水質為pH 6～9，COD、NH3-N、TP平均濃度分別為1505、1.38、0.22 mg/L，污染物去除率分別為75.0%、672%、83.1%。經過濕地多次對河道水體的循環處理，河道水體各指標也達到了GB 3838—2002 Ⅳ類標準要求，優于設計的Ⅴ類標準要求。

由于除水泵外無其他機械設備，故運行維護簡單，只需定期清除雜草、枯死植株即可，對于生長茂盛或成熟后的植物要按時收割，以防枝葉遮擋其他植物的光照和濕地介質的晾曬。PKA人工濕地無泥土、表面不積水、無臭味，且外觀看像生態家園，與周邊環境協調統一。

投資和運營成本與水質水量、選取的組合工藝、排水標準以及地域等因素息息相關[15]。該項目中PKA人工濕地建設費造價131.2萬元，其中配件1.2萬元，比其他組合工藝深度處理的投資成本低[16]。運行成本主要包括電費、人工費，平均水處理成本為0.14元/m3。河道水體水質穩定后，可考慮延長循環周期，縮減運行成本。

3 結論

傳統的生態浮島、增氧曝氣等技術對于污染較嚴重、流動性差、開放式流域的河道水體來講，不能從根本上改善水體水質;PKA人工濕地技術作為一種生態處理技術，設計從下游布水、上游排水至河道的理念，強制性增強了河道水體的流動性，能有效地將污染嚴重的河道水質提升至Ⅳ類標準要求。該項目采用PKA人工濕地技術，設計總循環處理水量10 000 m3，日處理量1 000 m3/d，循環周期10 d/次，濕地出水水質略優于Ⅳ類標準要求，對COD、NH3-N、TP去除率分別為75.0%、67.2%、83.1%。

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